對稱四極法在土壤電阻率測試中的應(yīng)用

黃啟春

(山東正元工程檢測有限公司，山東濟南 250101)

0 引言

接地系統(tǒng)是電站安全運行的基本保證之一，因為電氣設(shè)備的工作接地、保護接地與建筑物的防雷使用接地系統(tǒng)的接地電阻大小是該系統(tǒng)重要指標(biāo)之一，接地電阻是直接反映出接地情況是否符合規(guī)范要求的一個重要指標(biāo)［3］。對于接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因為接地電阻越小，散流越快，跨步電壓、接觸電壓也越小。土壤電阻率的大小直接關(guān)系接地網(wǎng)的設(shè)計的難易和工程造價的高低。而影響接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接等，而土壤電阻率的高低又是直接影響接地電阻大小的重要條件。因此，測試土壤電阻率，對接地裝置的正確設(shè)計起著決定性作用，具有重要的意義。

測量土壤電阻率的方法較多，有土壤試樣分析法、電磁測探法、兩極法、三極法和四極法等。四極法操作方便，準(zhǔn)確性滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

1 四極法測試土壤電阻率的工作原理與方法1．1 土壤電阻率測試工作原理

土壤電阻率測試是采用電阻率法來測試的，電阻率法中的對稱四極電測深法通過實踐檢驗，其準(zhǔn)確性完全能滿足一般工程的需要，這種測量方法所需儀表設(shè)備少，操作簡單，而且在電力接地工程中根據(jù)土壤電阻率值來進行有效的接地設(shè)計，故這種電法測試技術(shù)引用前景較廣泛，成為工程中一種常用的測試技術(shù)。

對稱四極電測深法的工作原理:不同地層或同一地層由于成分或結(jié)構(gòu)等因素的不同，而具有不同的電阻率，通過接地電極將直流電供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場在地表觀測某點在垂直方向的電阻率變化，從而了解地層土壤電阻率的分布特點。對稱四極電測深法的裝置示意圖如圖1所示，AB為供電電極，MN為測量電極，當(dāng)AB供電時用儀器測出供電電流I和MN處的電位差ΔV，則地層的電阻率用式(1)計算:

其中，ρ為巖層的電阻率，Ω·m;ΔV為測量電極間的電位差，mV;I為供電回路的電流強度，mA;K為裝置系數(shù)，m，與供電和測量電極間距有關(guān)，按式(2)計算:

但實際工作中所遇到的地層既不同性又不均勻，故所測到的電阻率為視電阻率ρs值。

圖1 土壤電阻率測試原理圖

1．2 四極法測試土壤電阻率的工作方法

測量土壤電阻率的方法較多，有土壤試樣分析法、電磁測探法、兩極法、三極法和四極法等。四極法操作方便，準(zhǔn)確性滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

測試布極時將四個測試接地電極以相等的間距打入地下(測試儀以德國美翠MI2127多功能接地電阻測試儀為例)電極打入深度應(yīng)小于電極間距的5%，如圖2所示。圖中“a”表示電極間距。

測量結(jié)果計算:

將上述裝置系數(shù)(K=πAM·AN/MN)代入:

令R=ΔV/I，則上式可寫為:

其中，R可直接從儀器讀出，在測試中只需要確定好電極間距即可。

圖2 土壤電阻率測試示意圖

1．3 接地網(wǎng)設(shè)計時土壤電阻率ρ的取值要求

土壤電阻率ρ是決定接地網(wǎng)的關(guān)鍵參數(shù)，如果土壤電阻率太大，接地網(wǎng)的接地電阻就很難滿足Rg≤2 000/I的要求(I為入地電流)。

2 工程應(yīng)用

山東省某新建鐵路工程位于膠東半島與內(nèi)陸地區(qū)咽喉地帶，線路全長約90．7 km。線路所經(jīng)地區(qū)主要為濱海平原區(qū)及沖積平原區(qū)。地形平坦開闊，地表多為耕地。表層為第四系地層覆蓋，覆蓋層的厚度22．9 m～30．2 m，下伏下元古界粉子山群及荊山群變質(zhì)巖，主要巖性有片麻巖、頁巖、大理巖、變粒巖等。

本次土壤電阻率測試采用德國美翠MI2127多功能接地電阻測試儀進行測試。儀器性能指標(biāo)如表1所示。

表1 德國美翠(METREL)MI2127性能指標(biāo)

MI2127接地電阻測試儀可以直接測讀到電阻率，在測試中只需要確定好電極間距即可。在確定好電極間距后，將四根測試電極以相等的極距打入待測點，連接MI2127接地電阻測試儀導(dǎo)線，在MI2127接地電阻測試儀中設(shè)置好測試接地電極之間的電極距，即可測試該點的土壤電阻率。

沿線路位置共測試6處位置的土壤電阻率。測試點位如下:DK23+800，DK32+900，DK44+060，DK46+100，DK68+900．01，DK80+330．6。在距線路中線點位兩側(cè)50 m位置處各測試一組土壤電阻率，分別測試1 m，2 m，3 m，4 m，5 m深度的土壤電阻率，完成12組土壤電阻率組測試，每組測試5個深度的土壤電阻率數(shù)據(jù)，共獲得測試數(shù)據(jù)60個。測試成果如表2所示。

表2 土壤電阻率測試成果表

從測試成果分析看出，沿線各測試點的土壤電阻率在5 m深度內(nèi)隨測試深度的增加呈減小的趨勢。個別測試點受表層土壤結(jié)構(gòu)松散的影響，電阻率較大。

3 結(jié)語

1)本次測試數(shù)據(jù)為該工程接地網(wǎng)設(shè)計提供了關(guān)鍵的電阻率參數(shù)。

2)土壤電阻率的大小不僅直接關(guān)系到接地裝置接地電阻的大小，而且還直接關(guān)系接地網(wǎng)的設(shè)計的難易程度和工程造價的高低。是接地計算中一個重要的參數(shù)。而四極法測量土壤電阻率，準(zhǔn)確性能滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

［1］ 李志江．防雷設(shè)計中土壤電阻率及其測量［J］．遼寧氣象，2001(3):92-94．

［2］ 李景祿．實用電力接地技術(shù)［M］．北京:中國電力出版社，2002．

［3］ 祝應(yīng)宏，段偉強．電力勘察中土壤電阻率測試分析研究［J］．工程勘察，2011(12):76-78．

［4］ 毛端海．電磁兼容實驗室接地裝置的設(shè)計與安裝［J］．上海航天，2000(2):46-51．

［5］ 何金良．發(fā)變電站接地系統(tǒng)的季節(jié)系數(shù)分析［J］．高壓電器，2003，39(3):1-3．

［6］ 孫為民．季節(jié)因素對發(fā)變電站地表高阻層安全效果的影響［J］．中國電力，2000，33(1):62-64．